對仿真軟件OPNET和NS2的分析

摘 要：網絡仿真的應用是基于現代計算機技術同網絡的結合發展上產生的網絡研究手段，文章通過對網絡仿真的相應的應用軟件的發展以及背景進行了比較性研究，對網絡仿真的工作流程進行了描述，通過對其原理以及構成的分析對當下應用最廣的OPENT以及NS2軟件進行了介紹。

關鍵詞：網絡工具；網絡仿真；應用；軟件

1 簡介

現代化的網絡在研究過程中需要一個模擬環境用以對其開發設計已經應用進行不斷地完善，網絡仿真工具就是通過一個系統理論形式以及隨機過程為基礎的統計優化理論作為研究前提的手段。在設計時期，仿真環境可以為各種方案提供一個虛擬的模型用以對其性能進行有效的預測；在運行時期，系統的性能優化需要建立在工作環境不同以及負荷分析的比較上的。因此，在很多情況中，模擬仿真的網絡環境是最可行可靠的方式以及技術手段。相對比數學分析仿真方式的抽象程度要低一些，更容易讓人理解；相對比測量技術，仿真方式耗費的時間也相對較少；其在成本的節約以及有效性的高低上是其他的方式無法比擬的。網絡技術的發展也使得網絡技術的復雜化程度隨之增加，因此測試和完善其的網絡環境要求也越來越高，網絡仿真技術要求也隨之不斷的加強，應用也開始廣泛。目前在網絡技術的開發設計以及研究規劃和完善上成為了不可或缺的工具。

美國等西方的發達國家從上世紀的八十年代起就開始進行了商業以及非商業的的網絡仿真技術的開發和研究，近些年來我國也開始意識到了網絡仿真的重要性，因此開始針對性的對此類軟件進行開發。1997年CERNET網絡中心開始著手對自己的網絡仿真類的軟件進行研發，1998年之后OPENT軟件開始被引入中國，用于很多企業單位，進行協議開發以及規劃和設計應用方面的研究。

2 步驟

完整的網絡仿真具有特定的步驟，需要對仿真的環境首先進行定義，然后在進行建模和運行最后是結果的展示的等一系列的環節，這個過程中最重要的就是運行以及建模，具體來說包括了首先建模之后對模型的確認然后是對數據進行采集以及程序的編制、驗證，最后則是運行，并且每個環節都是對下一個環節可以正常運行的前提。問題的定義是對仿真網絡的內容和方向的確定，是對仿真目的的明確。模型實則是仿真系統中的核心內容，是通過建立起一個簡化后的真實網絡已滿足需要進行的網絡研究需求，因此其中必須對網絡的本質屬性以及重要因素和邏輯關系進行包含，這樣才能具有代表性。在整個網絡仿真的建立過程中模型的建立以及驗證工作是技術性最強的。對于模型進行確立的方式一般都是通過專家建議，假設性的炎癥和初步仿真的系統一致性對比這三種方式。其中數據的采集工作是對于建模的基礎性要求，歷史數據實則算得上是仿真系統的數據的重要來源，系統的運行性能不僅僅是其自身所決定的同時還和工作負荷有關。實時的網絡數據為系統的優化提供最新鮮的資料，而模擬環境的建立的目的就是對這些隨機的因素進行綜合采集以及考慮，這就會涉及到信息的分布分類問題。最早的仿真系統大多是通過程序性的語言進行設計的，這種建立在苛刻復雜的網絡系統要求之上的設計難度非常之大，仿真工具因此開始想著以仿真對象為基礎的面向過程、事件的新型工具方向發展。模型運行以及結果展示的方式得到的仿真結果的運行模式得以發展，并被運用到現代的仿真模擬環境的應用中。事實上，這樣的過程還未達到一個完善成熟的要求，還需要進行完善和修改。雖然信息的獲取可以不斷的對網絡仿真建模進行完善但是這并不意味著數據越多越好，因為詳細的數據就代表了信息的量會越大，這就會產生一些無用的參數，會影響仿真的結果準確度。此外，大量的數據也會令模型系統的負擔加重。所以仿真層次的合理選擇也是建模的重要保證。

3 設計原理

離散事件的隨機性是網絡仿真的重要特點之一，離散事件就是按照事件的發展順序進行的一種排序，挺將這種排序應用到系統的模擬運行中，盡可能的對真實的網絡狀態進行模擬。隨機性就是系統狀態發生變化的主要因素，這也是離散型的系統仿真的基本組成元素。

4網絡仿真軟件OPNET NS2

目前，使用最廣泛的網絡仿真工具莫過于OPNET（商業軟件） NS2（免費軟件）。這兩款軟件的差別很大，鑒于上述原因，此處不做功能的逐一對比，而是從用戶的角度對各自的特點分別給于介紹：

4.1 NS2簡介

NS2是network simulator的縮寫，是一個用于網絡研究的離散事件仿真器，主要用于仿真各種網絡協議和網絡體系結構。對于運行速度要求很高而對程序維護速度不敏感的任務非常適用，一般用于協議的仿真研究。

為了使顯示結果更逼真，NS2 提供了一個用于產生動畫效果的可視化工具：nam。nam用于有線和無線網絡的可視化，在nam中，執行仿真的人可以控制動畫演示的速度，一個完整的仿真腳本一般包括：創建事件調度表，即前面介紹的未來事件表）、創建網絡、建立不同節點之間的連接、生成網絡流量，進行跟蹤等。NS2 中的網絡實體包括：

節點：網絡中的硬件實體。

代理：節點上的軟件實體。

鏈路：用于連接網絡各節點。鏈路有單工和雙工之分。流量生成器：它是一種代理，分為源和匯，分別代表著包的生成方和接受方，主要模擬網絡中的業務流。NS2支持的協議有：tcp，udp，ip，rtp/rtcp，SRM，802. 3MAC，802.11MAC；支持靜態單播，動態單播和多播路由協議；支持drop-tail，RED，CBQ，WRR，DRR，SFQ等隊列和包的調度。可以生成指定的業務流；支持鏈路失效，鏈路出錯；也可以和真實的網絡互換數據。

4.2 OPNET 簡介

OPNET 是OPNET Technologies Inc. 公司的產品，最早由麻省理工學院信息決策實驗室受美國軍方委托開發。目前，該產品在通信、國防及電腦網絡領域獲得了廣泛認可和采用。被NETWORK WORLD 評選為《世界級網絡仿真軟件》。OPNET 通過多層子網嵌套來實現復雜的網絡拓撲管理。提供了三層建模機制，分別為進程級、節點級和網絡級，在進程級對各對象行為進行仿真，互聯進程級對象形成節點級的設備，通過鏈路將設備互聯形成網絡級的網絡，將多個網絡場景組織在一起形成工程。協議和其它進程通過有限狀態機來建立模型，FSM 的狀態和狀態的轉換是由C/C++的邏輯完成的。為簡化模型的書寫，該產品提供了400多個庫函數。該產品提供了集成的調試環境和分析工具。在仿真過程中和仿真完成后，均可以用動畫來展示模型的行為。仿真結果可輸出到電子表格中，從而簡化圖形的繪制和時間序列的分析，提供柱狀圖、概率函數、參數曲線、置信區間等。

5 結束語

文章通過這種仿真設計軟件的原理介紹，并在此基礎上對兩款較為廣泛使用和代表性較強的軟件進行了簡要的介紹，就目前的應用中，NS還是免費使用的，并且其源代碼屬于開放式的，所以在高校的應用和軟件開發領域較受歡迎。而OPNET的功能較NS要強大，但是屬于收費式的，在一些網絡研發的大型公司和部門的使用度要高一些。也提供一些學生使用的免費版本，但使用很復雜，也在某些高校中流行。研究國外先進網絡仿真軟件的開發經驗，可以極大的促進我國具有自主產權的同類產品的研制和開發。